T-203A多功能電能表現場校驗儀在現場運行電能表中的應用

黃照千

（宣威市供電有限責任公司，云南 宣威 655400）

電能表現場檢驗儀是一種適用于對現場運行電能表進行檢驗的儀器設備，可以用來確定表計的運行狀況、接線方式等。現場校驗儀的工作環境和使用特性確定了它的發展:外出作業要求體積更小、重量盡可能輕，現場沒有操作臺面使得大多數情況下是放置于地面工作，測量數據要求能夠可靠地存儲并能方便地進行交換:需要測量電能誤差，就要求它首先是一個標準電能表，而且要方便現場操作，精度要高、功能要多、智能化程度要高；要進行接線檢查，就要求它能進行向量分析，顯示向量圖、接線圖，識別線路相別，所以電能表現場校驗儀是標準電能表與向量分析軟件的結合。

1 硬件工作原理

T-203A多功能電能表現場校驗儀的原理框圖如圖1所示。被測電壓經由精密電阻和繼電器組成的可編程分壓電路變換成幅度合適的小電壓信號，經緩沖放大后送到高精度的A/D器件，以適當的采樣速率將瞬時值轉換成數字信號流。被測電流經內置的高精度電子補償式互感器(直接接入式測量)或電子補償式鉗形互感器(鉗表測量)將被測電流變換成幅度合適的小電流信號，由精密電阻取樣轉換成電壓信號送到高精度的A/D器件，以適當的采樣速率將瞬時值轉換成數字信號流。被測電壓、電流的數字信號在傳送給FPGA邏輯電路時使用了光電耦合器，實現了被測電路與測試系統地的電氣隔離，保證了測試的安全和測試數據的穩定。

圖1 多功能電能表現場校驗儀原理框圖

由數字信號處理器DSP和FPGA組成高速的數字信號處理系統，對被測電壓、電流的數字信號流進行實時分析計算，得出電壓、電流、波形失真度、諧波含量、有功功率／電能、無功功率／電能、視在功率、相位、功率因數、頻率等所需要的電參量。輔助電源由AC/DC電源模塊、鋰電池組及充電電路組成。AC/DC電源模塊為系統和充電電路供電，充電電路負責對鋰電池組充電.系統供電可在AC/DC電源模塊和鋰電池組間自動切換。

下面對用T-203校驗儀對多功能電能表某些項目的檢定原理和方法作一介紹。

2 對多功能電能表的現場授時

2.1 授時原理

授時部分的硬件由主機、GPS接收模塊(已嵌入主機中)、多功能表、通訊電纜四部分組成。主機首先將接收到的GPS衛星時鐘報文轉換成時鐘數據格式，然后通過通訊電纜傳送至多功能電能表。

由于多功能表種類繁多，通訊規約不統一，通訊參數也不盡相同，有些多功能表在通訊過程中甚至還需要軟件密碼和硬件開關相配合使用，為了適應不同的規約，T-203校驗儀在程序上單獨設計了一個可隨時添加的通訊模塊 (如DLT/645協議等)，針對不同表的規約可以隨時添加。

圖2 最大需量的滑差示意圖

2.2 授時操作方法

連接多功能電能表的485接口和T-203儀的通訊接口，通過操作進入授時畫面，在該畫面下顯示GPS衛星時間、多功能電能表的時間和二者的時間誤差。按“授時”軟鍵后，提示操作者進行安全認證，口令輸入正確后，開始向多功能電能表進行授時。在授時過程中，操作者依據畫面提示使被測試電能表處于編程狀態。

3 日計時誤差測試

3.1 測試原理

T-203校驗儀內部有一個高穩定度的標準頻率源，依據被檢表的基頻輸出脈沖，自動設置不同的檢測方案，該方案由FPGA完成，以保證在0.5Hz～1MHz之間的測量精度。將測得的被檢表的頻率與設定頻率進行比較.計算得出基頻誤差和日計時誤差。系統將根據判定條件，確定被檢表的日計時誤差是否合格 (根據“JJG596-99規程”中的要求，日計時誤差不能大于O.5秒/天)。

3.2 操作方法

進入日計時誤差測試畫面后.必須輸入被試多功能電能表的標定時鐘頻率，儀器默認為1000Hz，輸入后自動開始測量.在顯示畫面依次顯示實測頻率、基頻誤差、日計時誤差和測試結論。

前提條件:被測多功能電能表的輸出端子部分應該有電能表內部時鐘輸出引腳，如無此輸出，試驗將無法進行。

3.3 日計時誤差主要技術指標

頻率測量準確度:±0.2x10-6；日誤差準確度:≤10ms；頻率測量范圍:0.5Hz～1MHz。

4 需量示值誤差測試

4.1 測試原理

圖2所示為最大需量的滑差示意圖。t0為需量周期,實線與虛線之間的距離為滑差間隔時間。在t0周期內，讀取內部標準表的電能值，并根據時間計算得到該周期內的平均功率，經過一個滑差間隔時間再讀一個需量周期內標準表的電能值，并轉換為功率值，同時比較這兩個值的大小,大的數值將被記錄，以便用來與下一個周期產生的數值進行比較，而后再進入下一個周期，再比較數值的大小，依此類推，直到整個滑動時窗結束，這樣將得到一個在這個滑動時窗中最大的標準表功率值，再與從被校驗表中讀到的最大需量數值相比較，按照公式計算誤差值。

4.2 測試步驟

第一步:一進入需量測試畫面，首先自動讀取并顯示被校表的需量周期和滑差時間，同時把它們作為T-203校驗儀的需量周期和滑差時間。也可以修改這兩個參數，如選擇需量周期=15min(分)，滑差時間=1min(分)。修改后一定要寫入到被校表中，以使二者同步；第二步:按‘開始測試’軟鍵，連續測試17分鐘后按‘停止測試’；第三步:測試停止后，儀器自動讀取多功能電能表的需量值，并與標準表數據比較，按照公式計算得出誤差.判斷被檢表是否合格，最大需量示值誤差為:式中P為被檢表需量示值(kW)；Po為加在標準表上的實際功率，即標準功率表示值(kW)；γb電能表在試驗負荷點的誤差。

5 抄讀多功能電能表的底度、費率時段

“抄讀底度”試驗的主要作用是將多功能電能表的正向有功、無功及反向有功、無功所對應的峰、平、谷、總、尖峰的電量值、最大需量值、費率時段、電網狀態等讀出,并記錄保存。

點擊按鈕“抄讀表”軟鍵，系統首先讀取表計地址,成功后再讀取表計內部的數據。讀取的數據項如下(電能的單位為kWh):

正、反向有功總電能、尖電能、峰電能、平平電能、谷電能；正、反向無功總電能、尖電能、峰電能、平平電能、谷電能；正、反向有功最大需量；時段、費率、斷相次數、相斷相時間等。

6 小結

用16位高速A/D采樣，經雙DSP高速數據運算，提高了測量準確度；用FPGA作為輔助邏輯控制電路.實現了四象限無功測量、電能脈沖轉換、多功能表授時、需量測量、485通訊等功能，使整機體積小(一本書大小)，重量輕。系統誤差采用軟件進行修正，減少了元器件對誤差的影響，提高了設備長期穩定性，能現場檢驗各種電子式、感應式，單相、三相三線、三相四線有功、無功電能表、復費率及多功能電能表，能按照《電能計量裝置現場檢驗作業指導書》在現場規范檢驗測試工作。經現場使用，效果優良。

[1]孫方漢.電能計量裝置及其正誤接線[M].中國水利水電出版社，2004.

[2]白忠敏.電能計量柜設計安裝使用手冊[M].河南科學技術出版社，1995.